Wie Laser die Abläufe in der Automobilfertigung im Jahr 2022 verbessern

Sehen Sie sich die sechs Vorteile an, die Laser modernen Herstellern bieten.

Laser haben einen langen Weg zurückgelegt, seit die Automobilindustrie begonnen hat, Lasertechnologie in ihren Fertigungsprozessen einzusetzen. Im Jahr 1973 setzte Ford ein Unterboden-Laserschweißsystem für seine Montagelinie ein. In den 80er Jahren begann der Einsatz von Lasern zum Schweißen von Getriebeteilen und Motorkomponenten. In den 90er Jahren gab es Laseranwendungen wie maßgeschneiderte Rohlinge und hydrogeformte Teile.

Seitdem hat die Automobilindustrie Laser für eine Reihe von Anwendungen eingesetzt, die über das Schweißen hinausgehen. Zu den gängigen Laseranwendungen gehören Schneiden und Bohren, Markieren zur Rückverfolgbarkeit, Reinigen und Texturieren zur Oberflächenvorbereitung sowie Scannen zur Qualitätsprüfung.

Im Jahr 2022 werden Laser in jeder Phase des Automobilherstellungsprozesses eingesetzt, vom Design und der Entwicklung bis zur Endmontage. Die Volkswagen AG beispielsweise setzt in ihren weltweiten Montagewerken inzwischen mehr als 800 Hochleistungslaser ein.

Für moderne Hersteller bietet die Lasertechnologie wichtige Vorteile. Schauen wir uns einige der wichtigsten an.

Moderne Laser sind äußerst präzise und liefern auch bei starker Beanspruchung eine gleichbleibende Qualität.

Die meisten Fehler entstehen durch Variationen bei der Teilepositionierung, aber die heutige Lasertechnologie verwendet Vision-Kameras, um die Positionierung zu überprüfen und Fehler zu vermeiden. Dies ermöglicht eine genaue Referenzierung der Position des Teils im Verhältnis zum Laser und eliminiert Fehler.

Andere Lasersysteme arbeiten ohne Kameras und wirken stattdessen Tiefenschwankungen durch den Einsatz spezieller optischer Konfigurationen entgegen, die die Tiefenschärfe verbessern. Neuere Systeme können bei der Verarbeitung bis zu +/- 3 mm tolerieren, sodass auch bei erheblichen Tiefenschwankungen eine gleichbleibende Qualität erzielt werden kann.

Es gibt viele Automobilanwendungen, die von einer hohen Laserpräzision profitieren. Viele Automobilhersteller müssen die Elektrotauchlackierung von bestimmten Teilen von Teilen entfernen, um sie für das Schweißen vorzubereiten. Die Laserreinigung ist für diese Anwendungen die ideale Lösung, da sie Beschichtungen und Verunreinigungen von kleinen, lokalisierten Bereichen entfernen kann. Andere Hersteller müssen kleine Muster auf Materialien wie Kohlefaserplatten schneiden. Beim Mikrolaserschneiden können problemlos kreisförmige Muster mit einer Größe von bis zu 300 Mikrometern geschnitten werden.

Automobilhersteller wissen, dass für die Umstellung Zeit aufgewendet werden muss, aber jede Sekunde, die dafür benötigt wird, wirkt sich auf Produktivität und Effizienz aus. Durch Rationalisierung und Verkürzung der Umrüstzeiten kann die Leistung gesteigert und die Kosten gesenkt werden.

Durch die Einführung von Single-Minute-Exchange-of-Die-Strategien (SMED) konnte bei vielen Herstellern die Umrüstung von Stunden auf weniger als 10 Minuten verkürzt werden. Bei Lasern erfolgen Systemwechsel jedoch nahezu augenblicklich und dauern manchmal knapp eine Sekunde.

Da Laserwechsel per Software erfolgen, können Anpassungen vollständig automatisiert und präzise erfolgen. Die daraus resultierenden Geschwindigkeitsgewinne ermöglichen nahtlose Umrüstungen und reduzieren die Ausfallzeiten, wenn keine Teile produziert werden, erheblich.

Angesichts der aktuellen Anforderungen in der Automobil- und Elektrofahrzeugindustrie sind Hersteller zunehmend bereit, in schnellere Technologien zu investieren, um ihre Produktionsdurchsatzziele erreichen zu können.

Die Geschwindigkeit der Laserbearbeitung kann für Automobilhersteller einen erheblichen Unterschied machen. Bei den meisten Materialbearbeitungsanwendungen bedeutet eine Verdoppelung der Laserleistung eine Verdoppelung der Bearbeitungsgeschwindigkeit. Beispielsweise kann ein 200-W-Laser eine Oberfläche fast doppelt so schnell reinigen wie ein 100-W-Laser. Gleiches gilt beim Schneiden von Kunststoffen, wo die Laserleistung verdoppelt werden kann, um eine Verdoppelung der Schnittgeschwindigkeit zu erreichen.

Hersteller, die bereit sind, in leistungsstärkere Lasertechnologien zu investieren, können die Bearbeitungszeit drastisch verkürzen und den Durchsatz verbessern. Heutzutage produzieren Laserhersteller immer leistungsstärkere Laser.

Gleichzeitig entwickelt sich die Software zur Steuerung von Lasern weiter, was die Skalierbarkeit der Laserreinigung und des Laserschneidens erheblich verbessert.

Gartner prognostiziert, dass im Jahr 2022 sechs Millionen Elektroautos ausgeliefert werden, was einer Wachstumsrate von 34,4 % ab 2022 entspricht. Während der Markt für Elektrofahrzeuge wächst, achten Verbraucher auch genauer auf die Praktiken, die Hersteller bei der Herstellung ihrer Produkte anwenden.

Da Laser ohne Verbrauchsmaterialien auskommen, können sie den Abfall erheblich reduzieren und nicht umweltfreundliche Technologien ersetzen. Laser können Herstellern dabei helfen, ihre Abhängigkeit von Verbrauchsmaterialien wie Tinte, Etiketten, Chemikalien, Abdeckband und Schleifmedien zu reduzieren oder ganz zu beseitigen. Aufgrund der berührungslosen Natur des Prozesses gibt es auch keinen Werkzeugverschleiß – eine erhebliche Abfallquelle.

Die Automobilindustrie hat erhebliche Fortschritte bei der „Ökologisierung“ ihres Herstellungsprozesses gemacht. Es gibt jedoch noch Verbesserungsbedarf. Investitionen in die Lasertechnologie können OEMs dabei helfen, ihre Weiterentwicklung fortzusetzen.

Produktionsflächen sind teuer, daher möchten Unternehmen beim Aufbau von Produktionslinien so wirtschaftlich wie möglich vorgehen. Wenn Automobilhersteller eine neue Maschine zu einer bestehenden Produktionslinie hinzufügen, steht ihnen unter Umständen auch nur eine begrenzte Stellfläche zur Verfügung und sie müssen alles, was sie hinzufügen, „hineinquetschen“.

Kompakte Maschinen sind der Schlüssel zur Lösung dieses Problems.

Fortschritte in der Lasertechnologie haben einen Punkt erreicht, an dem neue Lasermaschinen in kompakten Größen effizient arbeiten können. Dies ist ideal für kompakte Fertigungslinien mit reduziertem Platzbedarf.

Die Faserlasertechnologie verwendet beispielsweise eine optische Faser anstelle einer großen Kammer, wie sie bei anderen Lasertypen erforderlich ist.

Lasersysteme sind nicht nur kompakt, sondern werden in der Regel auch in Gehäusen installiert, die eine viel geringere Stellfläche haben als das, was sie ersetzen, wie z. B. chemische Bäder, spezielle Sandstrahlräume oder komplette Maskierungsvorgänge mit mehreren Bedienern.

Laser gehören aufgrund ihrer Vielseitigkeit und der Möglichkeit, die Technologie an die spezifischen Anforderungen von Automobilherstellern anzupassen, zu den flexibelsten Werkzeugen.

Laser können die Vielfalt der in der Automobilindustrie verwendeten Komponenten, Materialien und Prozesse bewältigen. Sie werden zum Markieren, Ätzen, Strukturieren, Schneiden, Reinigen, Bohren und Schweißen verwendet. Da die Laserparameter im Handumdrehen aktualisiert werden können, kann derselbe Laser mehrere Vorgänge ausführen. Einige Geräte können mit einer einfachen Programmaktualisierung, die weniger als eine Sekunde dauert, Lasermarkierungen, Reinigung, Texturierung, Härtung und Schneiden durchführen.

Laser werden zur Erfüllung komplexer Oberflächenanforderungen eingesetzt. Ablationstiefe und Oberflächentextur können gesteuert und Ablationsmuster mit minimalem Aufwand geändert werden. Durch diese Flexibilität können mehrere Verarbeitungsschritte oder die Notwendigkeit mehrerer Maschinen entfallen.

Laser können jede Oberfläche bearbeiten, auf die Licht eindringen kann, sodass sie Teile bearbeiten können, deren Geometrie einige Bereiche mit herkömmlichen Werkzeugen unzugänglich machen würde. Im Vergleich zu anderen Verfahren können Laser beispielsweise den Boden von Hohlräumen mit hoher Geschwindigkeit reinigen.

Laser liefern bei der Bearbeitung einer Oberfläche genau die richtige Energiemenge. Beispielsweise entfernt die Laserreinigung Verunreinigungen wie Oxide und Beschichtungen, ohne das Substrat zu beschädigen. Dies ist sehr wichtig, um die Oberflächenintegrität zu bewahren.

Die Fähigkeit, qualitativ hochwertige Komponenten mit hoher Effizienz, Geschwindigkeit und Flexibilität herzustellen und mit Lasern erhebliche Kosteneinsparungen zu erzielen, hat die Branche zu einem immer stärkeren Einsatz der Lasertechnologie angetrieben.

Der Lasermarkt in der Fertigung wächst weiterhin rasant. Analysten prognostizieren eine Wachstumsrate von 11,4 % (CAGR) und Ausgaben von 30,3 Milliarden US-Dollar bis 2028.

Fortschritte in der Lasertechnologie haben bereits erhebliche Auswirkungen auf die Automobilindustrie gehabt und werden nur noch weiter wachsen und größere Gewinne bringen.

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Keven Tremblay ist seit mehr als 6 Jahren Elektro- und Automatisierungstechniker und ist heute technischer Vertriebsspezialist bei Laserax, um Kunden die besten Laserlösungen zu präsentieren. Seine Fachkenntnisse in der SPS-Programmierung und im Elektrodesign sowie in Bildverarbeitungssystemen ermöglichen es ihm, die Bedürfnisse der Kunden besser einzuschätzen und ihnen angepasste industrielle Automatisierungslösungen anzubieten.